CN101145778A - 超声波电源中频率跟踪电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波电源中频率跟踪电路结构，具体地说是用于超声波筛分、超声波塑料焊接、超声波金属焊接，超声加工等功率超声的应用领域。包括电流互感器、光耦电压取样电路、第一、第二带通滤波电路及第一、第二比较整形电路，第一分频电路输出端与相位检测电路输入端连接；第二分频电路输出端与相位检测电路输入端连接；相位检测电路输出端依次连接低通滤波电路、电压电流转换电路及压控振荡频率控制电路。本发明采用分频电路，工作在谐振频率时，换能器回路的电压和电流处于同相状态，从而达到频率自动跟踪的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声波电源中频率跟踪电路结构，具体地说是用于超声波筛分、超声波塑料焊接、 超声波金属焊接，超声加工等功率超声的应用领域。
背景技术
在已有技术中，用于超声波筛分、超声波塑料焊接、 超声波金属焊接，超声加工等超声波电源中频率跟踪电路主要是采用电流互感器通过导线依次连接带通滤波电路、比较整形电路，移相电路连接锁相环电路；电压取样电路通过导线依次连接通滤波电路、比较整形电路，比较整形电路连接锁相环电路。该种电路结构当超声波频率为几十kHz时，移相电路难以实现，比较调整较困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种超声波电源中频率跟踪电路结构，采用取样信号分频后，再进行相位检测的方式来实现超声波电源工作在换能器的谐振频率，即换能器回路的电压和电流处于“同相”状态，从而达到频率自动跟踪的目的。
本发明的主要解决方案是这样实现的：
本发明主要包括电流互感器、光耦电压取样电路、第一、第二带通滤波电路及第一、第二比较整形电路；电流互感器与第一带通滤波电路输入端连接，第一带通滤波电路输出端与第一比较整形电路输入端连接；光耦电压取样电路输出端与第二带通滤波电路输入端连接，第二带通滤波电路输出端与第二比较整形电路输入端连接；特征是所述的第一比较整形电路输出端与第一分频电路输入端连接，第一分频电路输出端与相位检测电路输入端连接；第二比较整形电路输出端与第二分频电路输入端连接，第二分频电路输出端与相位检测电路输入端连接；相位检测电路输出端与低通滤波电路输入端连接，低通滤波电路输出端与电压电流转换电路输入端连接，电压电流转换电路输出端将与压控振荡频率控制电路输入端连接。
所述的电流互感器输出电流信号送入第一带通滤波器，第一带通滤波器进行滤波处理后，输入到第一比较整形电路，第一比较整形电路整形后的电流信号送入第一分频电路进行分频处理，分频后的电流送入相位检测电路；
所述的光耦电压取样电路采样所得的电压送入第二带通滤波器，第二带通滤波器，进行滤波处理后，输入到第二比较整形电路，第二比较整形电路整形后的电压送入第二分频电路进行分频处理，分频后的电压送入相位检测电路；
所述的相位检测电路输出经过低通滤波和电压电流转换电路处理，转换成直流电流，用于控制压控振荡器频率。
所述的第一分频电路和第二分频电路分别由D触发器构成。所述的相位检测电路由与非门构成。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
已有技术是采用移相电路，工作在谐振频率时，使整形后的电压、电流信号的相位差为90°，这样相位变化范围为0-180°，相位检测的直流电平为线性，若90°移相有偏差，相位检测的直流电平可能出现非线性。而本发明采用了分频电路，工作在谐振频率时，使整形后的电压、电流信号的相位差为180°，(改变电流互感器接法即可)，从而使相位变化范围一直处于0-360°，相位检测的直流电平一直为线性；
附图说明
图1为现有电路方框原理图。
图2为本发明电路方框原理图。
图3为图1电压电流相位差变化图。
图4为图2电压电流相位差变化图。
图5为本发明分频电路及相位检测电路元器件连接原理图。
具体实施方式
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
如图2所示：本发明采用电流互感器与第一带通滤波电路输入端连接；所述的电流互感器输出电流信号送入第一带通滤波器，第一带通滤波电路输出端与第一比较整形电路输入端连接；第一带通滤波器进行滤波处理后，输入到第一比较整形电路，第一比较整形电路输出端与第一分频电路输入端连接；第一比较整形电路整形后的电流信号送入第一分频电路进行分频处理，第一分频电路输出端与相位检测电路输入端连接；第一分频电路分频后的电流送入相位检测电路。
光耦电压取样电路输出端与第二带通滤波电路输入端连接，所述的光耦电压取样电路采样所得的电压送入第二带通滤波器；第二带通滤波电路输出端与第二比较整形电路输入端连接，第二带通滤波器进行滤波处理后，输入到第二比较整形电路；第二比较整形电路输出端与第二分频电路输入端连接，第二比较整形电路整形后的电压送入第二分频电路进行分频处理；第二分频电路输出端与相位检测电路输入端连接；第二分频电路进行分频后的电压送入相位检测电路；两路信号分频后进入异或相位检测电路，异或相位检测电路输出端与低通滤波电路输入端连接，低通滤波电路输出端与电压电流转换电路输入端连接，电压电流转换电路输出端与压控振荡频率控制电路输入端连接。所述的相位检测电路输出经过低通滤波和电压电流转换电路处理，转换成直流电流，用于控制压控振荡器频率。
如图5所示：
本发明电路元器件连接关系如下：
插座X1的1脚接电感L1、电阻R1；插座X12脚接地。电阻R1一端接电感L1与X1的1脚，另一端接地。电感L1一脚接电阻R1与插座X1的1脚，一脚接电容C1。电容C1一脚接电感L1，一脚接二极管V1阴极与电阻R2、电容C2、比较器N1A的5脚。二极管V1阴极接电容C1、电阻R2、电容C2、与非门N1A的5脚，阳极接地。电阻R2一脚接电容C1、C2、比较器N1A的5脚与二极管V1阴极，一脚接地。电容C2一脚接电容C1、电阻R2、比较器N1A的5脚与二极管V1阴极，一脚接地。电阻R4一脚接电阻R3与比较器N1A的4脚，一脚接地。电阻R3一脚接12V电源，一脚接比较器N1A的4脚与电阻R4。电阻R5一脚接12V电源，一脚接比较器N1A的2脚与电阻R6。比较器N1A5脚接电容C2与二极管V1阴极、电阻R2、电容C1，比较器N1A的4脚接电阻R4与电阻R3，3脚接12V电源，2脚接电阻R5与电阻R6。电阻R6一脚接比较器N1A的2脚与电阻R5，一脚接施密特触发器N2A的1脚与电容C3。电容C3一脚接电阻R6与施密特触发器N2A的1脚，一脚接地。施密特触发器N2A的1脚接电阻R6与电容C3，2脚接D触发器N3A的3脚。D触发器N3A的5脚接至2脚与与非门N4A的1脚；3脚接至施密特触发器N2A的2脚；4、6脚接地；D触发器N3A的1脚接至与非门N4B的5脚；2脚接至5脚与与非门N4A的1脚。插座X2的2脚接电阻R7，1脚接至光耦N5的2脚与光耦N6的1脚。电阻R7一脚接插座X2的2脚，一脚接二极管V2阴极与二极管V3阳极。二极管V2阴极接电阻R7，阳极接二极管N6的2脚。二极管V3阳极接电阻R7，阴极接二极管N5的1脚。光耦N51脚接二极管V3阴极，2脚接插座X2的1脚，5脚接+12V电源，4脚接电阻R9与电感L2。光耦N6的2脚接二极管V2阳极，1脚接插座X2的1脚，5脚接+12V电源，4脚接电阻R8。电阻R8的一脚接N6的4脚，一脚接地。电阻R9的一脚接二极管N5的4脚，一脚接地。电感L2一脚接二极管N5的4脚，一脚接电容C4。电容C4一脚接电感L2，一脚接二极管V4阴极与电阻R10、电容C5、比较器N1B的11脚。二极管V4阴极接电容C4，阳极接地。电阻R10一脚接电容C4，一脚接地。电容C5一脚接电容C4，一脚接地。电阻R11一脚接12V电源，一脚接比较器N1B的10脚。电阻R12一脚接比较器N1B的10脚，一脚接地。比较器N1B的11脚接电容C4与二极管V4阴极、电阻R10、电容C5，10脚接电阻R11与电阻R12，3脚接12V电源，12脚接地，13脚接电阻R13与电阻R14。电阻R13一脚接12V电源，一脚接比较器N1B的13脚与电阻R14。电阻R14一脚接比较器N1B的13脚与电阻R13，一脚接电容C3与施密特触发器N2B的3脚。C6一脚接电阻R14与施密特触发器N2B的3脚，一脚接地。施密特触发器N2B3脚接电阻R14与电容C6，4脚接D触发器N3B的11脚。电阻R16一脚接电容C7正极、电阻R15、电阻R18，一脚接地。电阻R17一脚接电位器RP1，一脚接12V电源。电阻R18一脚接电容C7正极、电阻R15、电阻R16，一脚接放大器N7A的2脚与电阻R20。电阻R19一脚接放大器N7A的3脚，一脚接电位器RP1可调端。电阻R2。一脚接放大器N7A的2脚与电阻R18，一脚接放大器N7A的1脚与放大器N7B的5脚。
本发明的工作原理
通过光耦与电流互感器，从超声波电源工作负载——换能器回路中拾取出电压、电流信号，经过带通滤波、比较整形、工作在换能器谐振频率时，使得两者信号相位差为180°；此两路信号分别经过分频后，输入相位检测电路。其输出信号经低通滤波，得到与相位差相对应的直流电平。该直流电平由电压、电流转换电路变换为直流电流，用于控制压控振荡器频率。
Claims (3)
1.一种超声波电源中频率跟踪电路结构，包括电流互感器、光耦电压取样电路、第一、第二带通滤波电路及第一、第二比较整形电路；电流互感器与第一带通滤波电路输入端连接，第一带通滤波电路输出端与第一比较整形电路输入端连接；光耦电压取样电路输出端与第二带通滤波电路输入端连接，第二带通滤波电路输出端与第二比较整形电路输入端连接；其特征是所述的第一比较整形电路输出端与第一分频电路输入端连接，第一分频电路输出端与相位检测电路输入端连接；第二比较整形电路输出端与第二分频电路输入端连接，第二分频电路输出端与相位检测电路输入端连接；相位检测电路输出端与低通滤波电路输入端连接，低通滤波电路输出端与电压电流转换电路输入端连接，电压电流转换电路输出端将与压控振荡频率控制电路输入端连接。
所述的电流互感器输出电流信号送入第一带通滤波器，第一带通滤波器进行滤波处理后，输入到第一比较整形电路，第一比较整形电路整形后的电流信号送入第一分频电路进行分频处理，分频后的电流送入相位检测电路；
所述的光耦电压取样电路采样所得的电压送入第二带通滤波器，第二带通滤波器，进行滤波处理后，输入到第二比较整形电路，第二比较整形电路整形后的电压送入第二分频电路进行分频处理，分频后的电压送入相位检测电路；
所述的相位检测电路输出经过低通滤波和电压电流转换电路处理，转换成直流电流，用于控制压控振荡器频率。
2.根据权利要求1所述的超声波电源中频率跟踪电路结构，其特征在于所述的第一分频电路和第二分频电路分别由D触发器构成。
3.根据权利要求1所述的超声波电源中频率跟踪电路结构，其特征在于所述的相位检测电路由与非门构成。
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